3. 氢能产业链

3.1 氢能产业链整体情况

氢能是一种清洁的二次能源，是我国能源转型的重要载体，已正式纳入我国能源战略体系。氢能产业链主要分为上游制氢、中游储运分销和下游应用三大环节。每个环节涉及工艺路线繁多，大量技术仍处于商业化初期阶段。

3.2 氢能产业链主要石化材料应用及市场情况

2022年，我国氢能产业链整体材料需求量约6 741吨；其中氢储运环节所需的石化材料最多，约占材料需求总量的99%。氢能产业链中的关键石化材料主要包括质子交换膜和碳纤维。

3.2.1 生产环节石化材料

目前，我国约80%以上的氢气由各类化石原料制得，电解水制氢不足1%，其余均来自工业副产氢气；远期，化石原料制氢仍将存在，并将与CCUS等结合成为蓝氢主要来源，同时电解水制氢份额将大幅提升；而传统工业副产氢份额将略有下降。

电解水制氢主要有碱性电解（AWE）、质子交换膜（PEM）电解、固体氧化物（SOEC）电解三种技术路线。此外阴离子交换膜（AEM）技术凭借低成本和简单、高效，成为新兴研发技术之一。近年来，全球新增电解槽装机以PEM电解槽装机为主。

PEM水电解电池的主要组件是膜电极（MEA）、集电器（气体扩散层）和隔板。最常用的膜是全氟磺酸聚合物膜，密封垫一般以EPDM为主体，采用氟树脂复合等方式作为外壳，且需用特殊胶黏剂粘结密封垫。2022年，我国电解槽质子交换膜需求量约为0.3吨，EPDM密封垫需求量约0.2吨；预计2030年两者将分别增至106吨和47吨。

除用于工业产氢分离外，大量氢气/天然气混输管道终端需要进行氢气分离才可以使用。除无机膜材料外，目前工业应用的氢气分离膜基础材料主要为聚酰胺、聚酰亚胺以及聚砜膜，多数需要二次改性或者涂覆。全球氢气分离技术供应商主要有三家，包括空气产品、液态空气和宇部化学，其多数产品据称寿命可以长达10年以上。2022年，我国氢气分离环节膜材料需求约10吨，其中PSF膜3吨、PI膜6吨、PA膜约1吨。预计2030年，氢气分离环节膜材料需求将增至15吨。

3.2.2 储运环节石化材料

目前，氢能最主要的存储方式包括高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢，其中应用广泛、技术最为成熟的存储方式是高压气态储氢，因此轻质、耐高压的储氢罐是关键。车载储氢瓶的市场需求受应用车型、储氢瓶容积、储氢瓶压力、单套系统瓶数等因素影响。2022年，我国储氢瓶需求量约7.4万个，以35MPa/140L为主，未来，国内储氢瓶有向大容积、多瓶组和高压转变的趋势。

目前，我国储氢瓶高端材料需求规模不及万吨，其中70%的碳纤维依赖进口，主要来自日本东丽、日本东邦、韩国SK等企业；国内碳纤维厂家T700型号产品性能较为稳定，已逐步在国内储氢瓶上使用。据测算，2022年，我国车载储氢瓶材料需求约6716吨，预计2030年将增长至78 883吨。

目前，国内加氢站加氢机多为35MPa，70MPa产品核心部件多来自进口，加氢枪及管路也基本为进口产品。加氢机使用的石化材料除少量密封件外（多为FKM），主要用于加氢管路。其中，加氢枪管路一般由6～8层构成，内层多为POM材料，也可以使用EVOH、PEN、PA6、PA66等材料，外层多为PA材料，也可以使用马来酸改性PP和PE、PPS、PA6T等材料。

截止2022年底，我国建成运营加氢站358座，按照规划到2025年将形成1000座左右的规模，2030年将达5000座；2022年，我国加氢枪管用非金属材料约0.4吨，预计2030年将增至3吨。

3.2.3 氢燃料电池石化材料

氢燃料电池一般分为六大类，以PEMFC为绝对主流，约占出货量的80%以上，SOFC和PAFC各约占10%左右。燃料电池主要用于车载、固定电站以及便携电源等应用场景，其中车载需求约占PEMFC总需求量的80%左右。

氢燃料电池工作原理是氢气通过燃料电池的负极当中的催化剂（铂）分解成电子和氢离子（质子）。其中，质子通过质子交换膜（ProtonExchangeMembrane）到达正极和氧气反应生成水并放热，电子则从负极通过外电路流向正极产生电流。膜电极组件（MEA）是氢燃料电池电堆的重要组成部分，主要由碳纸、催化层和质子交换膜构成。

碳纸是一种在高温下经热处理的多孔碳纤维和碳的复合材料，一般以短切纤维为主。目前，国内无法生产碳纤维含量60%以上的碳纸。按市场主流厚度及碳纸密度测算，2022年我国MEA碳纸用材约6吨，预计2030年将增长至89吨。

全氟磺酸膜（PFSA）是最常用的商业化质子交换膜。车载氢燃料电池所用质子交换膜目前主要是来自Gore公司的Gore-Select系列膜，厚度在5～12μm。质子交换膜出厂时是一种三层结构，即上保护膜、下保护膜和中间的质子交换膜。上下两层保护膜均为特殊处理过的低灰分一次性聚酯保护膜，两层保护膜在使用时需要剥离按照目前市场主流厚度计算。2022年我国质子交换膜和保护膜材料需求量分别约为4吨和26吨，预计2030年将分别增至59吨和414吨。

4. 结论

到2030年，我国以风、光、氢为代表的新能源产业将以年均20%左右的速度增长，对高端石化材料的需求规模将从2022年的230余万吨增长至450余万吨。光伏行业是最大的消费领域，约占材料总需求的八成以上；分产品看，EVA胶膜和PET背板膜需求量最大，其次是PVF膜、POE膜、EMC和环氧树脂。整体来看，目前我国新能源高端石化材料自给率60%～70%，仍有较大的国产替代空间。石化企业应加大相关材料研发，特别是需求潜力大、制约行业发展的关键材料，为我国能源向多元化、清洁化、绿色化发展积蓄力量。